IPOP型LLC谐振变换器的均流方式研究

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在大功率变换器中,经常采用LLC谐振变换器作为主要拓扑,因其具有输入电压范围宽,控制频率高,功率密度高,软开关特性易实现等诸多优点,能够在电子通讯,电动汽车,新能源发电等领域得到广泛应用。单路LLC谐振变换器应用在大功率等级场合下,因为受限于磁性器件体积和半导体器件应力,无法更好的满足要求。因此需要做到将多个单路模块输入并联和输出并联,即IPOP(Input Parallel Output Parallel)型LLC谐振变换器。虽然变换器的并联使用有效的解决了单相变换器电流应力过大的问题,提高了功率等级,但并联LLC谐振变换器的谐振元件,受工艺水平限制,谐振参数存在偏差,这会导致谐振电流和负载电流不平均的分配到每一相中,造成不均流现象,会破坏系统的安全运行。因此,均流问题的研究对并联LLC谐振变换器的应用具有重要的意义。本文的研究主要是建立在两相并联LLC谐振变换器基础上,基于基波近似法(First Harmonic Approximation,FHA),对增益公式进行变换,推导出谐振参数偏差的大小与电流不平衡度的数学关系,并利用mathcad软件,以坐标图的形式对结果进行直观展示。为解决均流问题,参考变压器副边绕组分组连接的均流方法,在此基础上提出两种新的均流方法:采用变压器原边绕组分组连接的方法和采用对谐振电感分相耦合的方法。根据电路原理图,分析三种均流方法的原理,并利用电路仿真软件进行验证。通过对比三种均流方法的优缺点,选择一种较为合适的均流方法。接下来,针对所选的均流方法,进行磁件设计。根据变压器原副边绕组不同排列方式的仿真结果,选择更加优化的变压器设计方案;根据分相耦合电感不同的绕组缠绕方式的仿真结果,选择更加优化的电感设计方案。为验证本文的均流方案,搭建一台输出功率为1000W的两相交错并联LLC谐振变换器实验样机,在谐振电容、谐振电感、励磁电感参数偏差10%的情况下,对比采用分相耦合电感的变换器与传统变换器的不均流度,可知采用分相耦合电感的两相并联LLC谐振变换器,明显的抑制了电流不平衡度,使不平衡度在5%范围内。本文的均流方案,主要是通过改变磁性器件的设计方式来实现并联变换器的电流平均分配,具有制作过程容易实现,均流效果好的特点。该论文有图62幅,表9个,参考文献50篇。
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